【正文】 T11234DC70 . 3 3 u FC90 . 1 u F7812~ 2 2 0 V78050 . 1 u FC 1 2V C C618T L 4 3 1R 2 22502 . 5 V0 . 3 3 u FC 1 47912C 1 30 . 3 3 u FC64 7 0 u FC 1 10 . 3 3 u FC 1 00 . 1 u F1 2 V+ 1 2 VC80 . 3 3 u F 圖 220 電源電路原理圖 如圖 220 所示為 電源電路原理圖。 如圖 218所示為 TL431符號 ， 圖 219為 TL431輸出 電壓連接圖 。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。短路保護 。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。 利用 TL431 輸出 電壓 作為輸入基準源供 TLC5615 進行 DA轉(zhuǎn)換 。運放和其它元器件也可以工作在 024V電壓下，A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換芯片可以工作在 5V 電壓下。 電源電路的設(shè)計 單片機電源設(shè)計包含 3 個方面的內(nèi)容 :一是電源功耗，二是電源電壓，三是電源管理。由 IRFP460MOS管的飽和 漏源 電流 Id=22A取整個電子 負載設(shè)計的電流范圍為 020A， 根據(jù)錳銅采樣電阻的阻值 歐姆，可算出 功率 的最大值為 100W，故整個設(shè)計的功率 范圍為 0100W。這是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心，也是電子負載的核心部分。 如圖 215 所示為 N溝道增強型 MOS 管的轉(zhuǎn)移特性曲線 ， 如圖 216所示為 N溝道增強型 MOS 管的輸出特性曲線 。 （ 3） MOS 管子的耐壓比雙極型管于低、 常很少超過 1000V、 雙極型管子可以做到1600V 以下。 （ 2）由于 MOS 管是電壓控制器件，它不像雙極型晶體管那樣，在基區(qū)有可能積存大量少數(shù)載流子，從而影響高速開關(guān)。和雙極型晶體管相比， MOS 管柵極是絕緣的、在高頻工作時雖然有柵極電流存在。 MOS 型晶體管的特點是 特別適合于開關(guān)狀態(tài)工作，因為它正向?qū)〞r的電阻極小，而且開關(guān)速度快，所以是一種理想的開關(guān)元件。 場效應管是一種單極型晶體管，它只有一個 PN 結(jié)，在零偏壓的狀態(tài)下，它是導通的，如果在其柵極 (G)和源極 (S)之間加上一個反向偏壓 (稱柵極偏壓 )，在反向電場作用下， PN變厚 (稱耗盡區(qū) )，溝道變窄，漏極 電流變小。 方案二：采用 IRFP460 芯片， TIP122 芯片效率比方案低，總功耗相對較高。 功率耗散 MOS 管的選型 方案一：采用 MTY25N60E MOS 管，它常用于電力領(lǐng)域的應用。所以MOSFET 適合模擬 一些變化速度較快，但電流不大的實際負載。用MOSFET 作可變電阻具有工作速度快，可靠性 控制靈敏等優(yōu)點，而且既無機械觸點，也無運動部件，噪聲低、 壽命長 。其次，晶體管還存在溫度系數(shù)為負的問題，所以在使用過程中還需要考慮溫度補償?shù)膯栴}。即通過將恒壓、恒流、恒阻誤差信號經(jīng)過放大，再送入邏輯或控制電路，用選中的誤差信號來調(diào)整晶體管的內(nèi)阻，以達到模擬變化負載 的目的。通過基極電流可以控制集電極電流，從而可以達到控制晶體管作為一個可變負載的目的。對于 PI 調(diào)節(jié)器， 如 圖214 所示的 PI 調(diào)節(jié)器 ，取 R1 R12=40K， R13=60K ,C= Kp=R13／ R11= （ 26） TI= RC= （ 26） 所以本設(shè)計的 PI調(diào)節(jié)器 的 Kp 取 ， TI 取 。通常在 Kp不變的情況下， TI 越大，即積分作用越弱，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量越小，系統(tǒng)的響應速度變慢。 2．積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 1．比例環(huán)節(jié)即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 反復調(diào)節(jié) ， 消除穩(wěn)態(tài)誤差，實現(xiàn)無靜差的調(diào)節(jié)。作為控制器，比例積分調(diào)節(jié)器兼顧了快速響應和消除靜差兩方面的要求。 因此，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。此后，隨著電容 C 被充電，開始體現(xiàn)積分作用， Uex不斷線性增長，直到達到輸出限幅值或運算放大器飽 和。 R 1 1R 1 2R 1 4R 1 3O P 3 7UfC50 . 7 5 u F V R E F6 0 K4 0 K4 0 K1 2 V 1 2 V K p i U i nU i nU e xU e x mtU e x0 圖 213 PI調(diào)節(jié)器 214 PI調(diào)節(jié)器的輸出 特性 如 圖 213 所示為 PI 調(diào)節(jié)器， PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓 Uex 由比例和積分兩個部分組成，在零初始狀態(tài)和階躍輸入信號作用下，其輸出電壓的時間特性 如 圖 214 所示，由圖可以看出比例積分作用的物理意義。這樣組成的反饋系統(tǒng)誤差很大、 精度 低，只能控制 MOS 管的通或斷， 就只有全導通 或 全 關(guān)閉兩種極值情況，很難準確的消除誤差實現(xiàn)其恒流模式的控制。 PI 調(diào)節(jié)器 對于電子負載的設(shè)計需要較高的精確度，同時控制 MOS 管的導通量的變換也需要一個 不停的變化 調(diào)節(jié)過程，而不是傳統(tǒng)的 采 用運放比較器組成的反饋電路來實現(xiàn)。當 R17 上的電壓降 Uf 即實際值大于設(shè)定值 VERF 時， 通過 PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，減小 MOS 管 的導通 角，減小 MOS 管的導 通量，使 MOS管的內(nèi)阻增大，流過電阻 R17 的電流減小，則 電壓降 Uf 慢慢減小 并 等于 設(shè)定值，從而實現(xiàn)電子負載的恒流工作模式；當 R17 上的電壓降 Uf即實際值小于設(shè)定值 VERF 時。 R 1 91 0KQ2I R F P 4 6046132 785U4T L C 1 54 946132 785U5T L C 1 54 9R 1 81 00 KR+RUbU a 1GNDGNDV C C V C CV C CP 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7R 1 7o . 2 5R 1 1R 1 2R 1 4R 1 3O P 37O P 37UfC50 . 75 uFUaR 1 51KR 1 61K V R E F6 0K4 0K4 0K1 2VO P 37R 2 01KR 2 11K1 2VV C CU b 11 2V 1 2V 1 2V 1 2V 圖 212電流取樣 PI控制器等組成的 負反饋控制 電路 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 15 如 圖 212 所示為 電流取樣 PI 控制器等組成的 負反饋控制 電路。 MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時也作為被測電源的負載。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時要小心防止 CS 拉至低電平。為了開始傳輸，最少需要 10 個時鐘脈沖，如果 I／ OCLOCK 傳送大于 10 個時鐘，那么在第 10個時鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把 DATA OUT 拉至低電平以確保其余位清零。 CS 的下降沿，上一次轉(zhuǎn)換的 MSB 出現(xiàn)在 DATA OUT 端。首先移出上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量對應的最高位，下一個 I／ O CLOCK 的下降沿驅(qū)動 。 （ 3）數(shù)字量得傳輸 當片選 CS 由低電平變?yōu)楦邥r， I／ O CLOCK 禁止且 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出 DATA OUT 處于高阻狀態(tài)；當串行接口將 CS拉至有效時，即 CS 由高變?yōu)榈蜁r， CS復位內(nèi)部時鐘，控制并使能 DATA OUT 和 I／ O CLOCK，允許 I／ O CLOCK 工作并使 DATA 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 14 OUT 脫離高阻狀態(tài)。 如 圖 211所示為 TLC1549 的時序圖。 輸入的模擬量采樣 46132 785U5T L C 1 54 9U a 1GNDV C C V C CP 3. 2P 3. 3P 3. 4 圖 210 tlc1549引腳圖 圖 211 tlc1549時序圖 （ 1） TLC1549 工作原理 TLC1549 具有 6 種串行接口時序模式，這些模式是由 I／ O CLOCK 周期和 CS定義。 采樣 電阻 R17 電流－電壓轉(zhuǎn)換元件 (I/V 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 13 converter)，落在 R17上的電壓降通過 PI 調(diào)節(jié)器 與基準 電壓 （ VERF）比較，控制 MOS管 的導通 量變化 與截止，從而達到保持電流恒定的目的。如圖 29所示，提高電路帶負載能力，取到 緩沖、 隔離作用。 同時取到 隔離 作用， 減小了電磁干擾的影響，減小了強電流功率電路對控制電路的損害。 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 12 電壓采樣電路 電壓采樣電路中，由于電子負載的輸入電壓范圍比較寬，實際工作電壓較高，采樣前首先進行了分壓設(shè)計。 采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路， 如 圖 29所示為電壓電流采樣電路原理圖。 采樣電路是檢測和測量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段，為了讓負載準確工作在恒流方式下，設(shè)計中對被測電源的輸出電壓和 MOS 管的電流進行實時采樣。內(nèi)部具有自動采樣保持、可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍、抗噪聲干擾功能，而且 在 設(shè)計 時 使在滿刻度時總誤差最大僅為 mV，因此可廣泛應用于模擬量和 數(shù)字量的轉(zhuǎn)換電路。 方案二采用 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC1549 系列具有串行控制、連續(xù)逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用兩個差分基準電壓高阻輸入和一個三態(tài)輸出構(gòu)成三線接口 。其作用可根據(jù)地址譯碼信號來選擇 8 路模擬輸入而共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器。輸入時 SCLK 的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù) DIN 移入內(nèi)部的 16位移位寄存器， SCLK 的下降沿輸出串行數(shù)據(jù)DOUT，片選 CS 的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至 DAC 寄存器。 如圖 27所示 為 TLC5615 與反相器的連接圖， 見式（ 21）為 D/A 變換 輸出通過一個反相器 送到 PI 調(diào)節(jié)器的 基準電壓與輸入給定電壓的關(guān)系。 E A / V P P31X T A L 119X T A L 218R S T9P 3 . 7 ( R D )17P 3 . 6 ( W R )16P 3 . 2 ( I N T 0 )12P